MPS工件搬运单元控制系统设计

课程设计

本科课程设计（论文）

题 目 MPS工件搬运单元控制系统设计

系（院） 机械工程学院 年 级 2007级 专 业 机械工程及自动化 班 级 0704072 学 号 070407204 学生姓名 孙涛 指导教师 王建平 胡朝斌 职 称 副教授 讲师 论文提交日期 2011－01－20

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目录

1.任务书.......................................................2 2.控制系统的电气系统设计.......................................4

2.1 控制系统原理图............................................4

2.2 控制系统PLC原理图.........................................4 2.3 控制系统气动原理图.........................................6 3. PLC的选择及技术参数........................................6 4. PLC程序的编写..............................................8 4.1系统的动作要求............................................8

4.2 PLC程序流程图............................................9

4.3 PLC程序的编制............................................10

5.设计心得....................................................23

参考文献

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1． 任务书

1．工件搬运单元电气控制系统设备概况

本单元的功能是通过三自由度机械手将工件从上一个工作站向下一个工作站传送，工件抓取采用真空吸力实现。在上一个单元的钻孔检测中不合格的工件可以在这里被剔除。本单元设有多个按钮和旋钮，其中运行按钮：使系统开始或继续运行；复位按钮：开始运行前使系统回到复位状态；功能按钮：按下则表示工件为不合格工件，将会被剔除；自动/单步双向旋钮和单机/联网双向旋钮：用于选择系统进入单步程序，自动程序或者联网程序；暂停按钮：使系统暂停运行；急停按钮：使系统紧急停止，防止意外发生；退出按钮：用于系统急停后退出急停状态。 2．控制要求

本单元有单步运行、自动运行以及联网运行3种运行方式可供选择。可以通过旋钮选择运行方式。单步运行是将本单元的动作分解成8步来完成，每按一次运行键执行1步动作，方便老师讲解以及学生试验。其中第1步：回转臂向左摆；第2步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第3步：真空阀打开，将工件吸起；第4步：垂直臂缩回，然后水平臂缩回；第5步：回转臂向右摆；第6步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第7步：真空阀断，将工件放置到下一个单元；第8步：垂直臂缩回，然后水平臂缩回，恢复初始位置，如此就完成了一个动作循环。如果有工件不合格信号，则第6步水平臂不会伸出，第7步真空阀断，工件直接被放入废料槽中。自动运行就是将这些动作连起来运行，只需按一次运行键就完成一个动作循环。如果选择联网运行就是使本单元进入联网状态，动作将不受按钮控制（急停按钮除外），由上位机组态监控系统控制。 c技术参数：

工作压力：0.3mpa－0.8mpa ；I/O端口：14输入/10输出。

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表 工件搬运单元输入输出元件

输入元件 运行按钮 复位按钮 功能按钮 自动/单步旋钮 单机/联网旋钮 暂停按钮 急停/退出检测开关 空 钻头(上)磁性开关1B1 钻头(下)磁性开关1B2 检测头(伸)磁性开关2B1 光电传感器1工位(PNP型)B1 光电传感器4工位(PNP型)B2 霍尔传感器(PNP型)B3 3．设计任务

1）．根据控制要求，对工件搬运单元硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。

2）根据控制要求，编制工件搬运单元PLC系统电路图 3）编写设计说明书，内容包括： ①设计过程和有关说明

②基于PLC的工件搬运单元电路图 ③PLC控制程序

④电器元器件的选择和有关计算 ⑤电器设备明细表

⑥参考资料，参考书及参考手册

⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题和解决办法、对课程设计的认识和建议。

输出元件 钻头(上)电磁阀1Y1 钻头(下)电磁阀1Y2 检测头(伸)电磁阀2Y1 空 钻头电机继电器K1 转盘电机继电器K2 空 运行灯 复位灯 功能灯 2． 控制系统的电气系统设计

2.1 控制系统原理图

依照控制系统的具体要求，设计控制系统原理框图如图2.1所示：

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通过操作台上的各种按钮﹑旋钮，向西门子S7200PLC发出指令（也可以通过PC机

上的PLC软件和组态软件或按钮发送）；信号由PLC处理并通过标准的传输数据线传递，实现控制电磁阀的动作，从而控制气缸的动作使其能够完成系统的设计要求，同时各种传感器也通过数据线向PLC传递开关信号，操作台上的各种指示灯可以指示PLC的工作状态，使得操作人员方便得知系统运作的各种情况。

图2.1 控制系统原理框图

此次设计中除了要让系统在PLC的控制下完成以上要求的动作，操作人员对系统进行操作。此外，遇到紧急情况时可采取相应措施。 2.2 控制系统PLC原理图

PLC具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。根据系统的设计要求，确定了PLC的输入输出如表2.1所示：

表2.1 I/O列表 输入地输出地输入元件 输出元件 址 址 运行按钮 I0.0 摆动(左)电磁阀1Y1 Q0.0

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设计心得

本文以MPS生产模块的工件搬运单元为研究对象,根据任务书上所要求的设计要求来选择相关的电气元件，采用顺序控制设计法的编程PLC，

(1) 本课题根据PLC控制系统设计的基本原则，完成了PLC控制系统的设计。系统已经具备了MPS工件搬运单元所要求的搬运能力以及正品废品的区分能力。

(2) 本次设计对PLC自动化控制技术以及利用编程软件STEP7.0实现对西门子PLC梯形图的编制应用做了探讨与研究。实践证明这种编程方法是一种较为理想的方法。它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。

(3) 组态软件的运用使得MPS工件搬运单元的监控更为便捷。本系统具有良好的交互性、开放性和实用性。实践证明系统分析设计、方法运用的正确合理性。由于组态的加入使得系统可进行远程控制，解决了操作工人在恶劣环境下操作机器的难题。

(4) 在组态和PLC程序完成之后，对它们进行联机调试，这是至关重要的一步，因为在实际的通行当中往往存在了各种的硬件连接和通信问题。调试过程中遇到这些问题后经过逐一排查，在数次调试之后，最终满足了系统的控制要求。

(5) 由于原先设计者绘制的图纸格式不正规或有一些疏漏，所以在设计中也进行了图纸的一些修改，使得图纸变得正确、正规。

(6) 最后完成设计说明书一份。

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参考文献

[1] 顾乐观，郑萍.现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，2001 [2] 粱涛.现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，2006

[3] 郭圣路.PRO/ENGINEER Wildfire 3.0从入门到精通.北京，电子工业出版社，2007 [4] 魏克新.自动控制综合应用技术.北京：机械工业出版社，2007 [5] 刘志峰.工控组态软件实例教程.北京：电子工业出版社，2008 [6] 廖常初.PLC编程及控制.北京：机械工业出版社，2008.1

[7] 何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用.北京：中国电力出版社，2007 [8] 林清安，刘国彬.Pro/ENGINEER入门与范例.北京：中国铁道出版社，2004

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